无模板实现金属钴米线制备的方法技术

一种纳米材料技术领域的无模板实现金属钴米线制备的方法，利用磁场的诱导作用，以乙二醇或水和乙醇的混合溶液为溶剂，以二价钴盐为主盐，以氢氧化钠调节溶液ｐＨ值，以水合肼为还原剂，在外加磁场的诱导下使钴离子还原生长成一维钴纳米线。本发明专利技术通过采用廉价无毒的化学试剂，简单易行的制备工艺，在磁场诱导下制备一维钴纳米材料，此方法成本低、无污染、设备和工艺条件简单，可实现大量制备。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是一种纳米材料
的制备方法，具体是一种无模板实现金属 钴米线制备的方法。
技术介绍
钴纳米材料具有独特的磁、光、电、催化等性能，主要应用于硬质合金、电池、催化 剂、永磁体和陶瓷工业。早期的研究更多关注钴纳米粉体的制备、及其在催化剂、涂层材料 和硬质合金粘接剂等领域的应用。例如作为硬质合金粘结剂，超细钴粉不仅能获得高质量 的硬质合金，而且可以减少加工过程中的球磨混合时间和降低烧结温度。近年来，人们发现 纳米钴形态的规整化对其特性参数的影响很大，尤其是一维纳米钴的成功制备，使其应用 性得到进一步的拓展。如钴纳米管阵列的光学性能开发在超高密度信息存储和生物抗癌药 物等领域具有重要的应用潜力。纳米金属材料的晶粒尺寸、形貌、表面状态、以及微结构等性能直接影响到纳米金 属的性质和用途。如粒径为7nm的纳米钴具有超顺磁性特性，而粒径为60nm的纳米钴则具 有很高的矫顽力。目前各种纳米结构的构建对作为构建基元的纳米微粒的形貌、结构和尺 寸都提出了更高的要求，因此，纳米金属的形貌控制、合成工艺、以及应用研究等是目前的 研究热点。然而，由于制备技术和工艺等条件的限制，对纳米金属材料的形貌、尺寸、结构等 进行可控制备，以及纳米分子结构的重组装等方面仍然存在很多问题，需要进一步深入研 究。目前，我国超细钴纳米磁性材料主要依靠进口，因此，有必要开发具有自主知识产权的 钴纳米磁性材料的制备方法和工艺，从而推进我国纳米钴技术的发展。目前钴纳米材料的主要制备方法有高压水喷雾法、沉淀还原法、电解法、高温裂解 法、辐射法、还原法等。一维钴纳米材料的制备方法有电沉积模板法、多元醇还原法、微乳液 法、胼还原法等，可归纳为硬模板法和软模板法。经过对现有技术的检索发现，杨培霞等在《无机化学学报》2007年第9期1501页 到1504页上发表了《离子液体中电沉积制备钴纳米线阵列》，采用硬模板法制备钴纳米线， 具体为先用阳极阳极氧化法制备多孔氧化铝模板，然后在模板中电沉积钴纳米线阵列，溶 解模板后得到最终产物。这种方法由于采用预制的硬模板法，存在许多不足之处，比如前期 准备过程复杂、实验装置复杂、尤其是产物的量极少，不可能大量制备。进一步检索发现，与硬模板法相对，采用表面活性剂中的孔相导向来制备纳米材 料的方法称为软模板法。钱逸泰等在nanotechnology (纳米技术)2005年第12期2958页到 2962页上发表了〈〈Synthesis of ferromagnetic single-crystalline cobalt nanobelts via a surfactant-assisted hydrothermal reduction process)) ( *胃 舌t生齐LH^iBS原 法制备磁性单晶钴纳米线)，该文采用添加表面活性剂SDBS (十二烷基苯磺酸钠)的软模板 法制备了钴纳米链，其不足之处在于反应必须在高压反应釜中进行，而且反应溶液配制较 复杂，产物纯度较低。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的上述不足，提供一种无模板实现金属钴米线制备的方 法，通过采用廉价无毒的化学试剂，简单易行的制备工艺，在磁场诱导下制备一维钴纳米材 料，此方法成本低、无污染、设备和工艺条件简单，可实现大量制备。本专利技术是通过以下技术方案实现的，本专利技术利用磁场的诱导作用，以乙二醇或水 和乙醇的混合溶液为溶剂，以二价钴盐为主盐，以氢氧化钠调节溶液PH值，以水合胼为还 原剂，在外加磁场的诱导下使钴离子还原生长成一维钴纳米线。所述的二价钴盐是指0. 005 0. 3mol/L 的 CoS04、Co (CH3COO)2Xo (NO3)2、和 CoCl2 中的任一种；所述的氢氧化钠是指0. 1 lmol/L的NaOH所述的水合胼是指重量百分比浓度为85%的水合胼的水溶液；所述的还原剂的用量与所述溶剂的体积比为1 0. 1 1 0. 6 ；所述的外加磁场的诱导是指0. 05 0. 52T的外加均勻磁场；所述的还原生长是指将还原剂加入含有主盐的溶剂中搅拌后在外加磁场的诱导 下加热至50 90°C并反应15 120分钟，经过磁性洗涤后干燥得到一维钴纳米线。所述的磁性洗涤是指在永磁体辅助下，先用去离子水洗涤钴纳米线2 3次，再 用无水乙醇或丙酮洗涤钴纳米线2 3次；所述的干燥是指真空下50°C左右干燥收集或在冷冻干燥机中冻干收集。与现有技术相比，本专利技术不需要预先制备模板，而且反应在常压下进行，设备简 单，工艺过程简单，周期短，制备成本低，可实现大量制备。采用本专利技术能够制备直径为 800 3044nm，长度能达到15 80 μ m，长径比为10 81的钴纳米线。附图说明图1为实施例1制备的钴纳米线SEM照片。 具体实施例方式下面对本专利技术的实施例作详细说明，本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行 实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施 例。实施例1 1、反应前驱溶液的制备以乙二醇溶液按下列比例配制溶液CoCl20. 01mol/LNaOH0. 75mol/L向配好的溶液中按体积比1 0.1加入85% (w/w)的水合胼的水溶液，室温下搅 拌反应，反应时间5分钟；2、钴纳米线的制备①将按上述方法制备好的反应前驱溶液置于0. 4T的外加均勻磁场中；②加热至60°C;4③反应60分钟直至反应完毕；④在永磁体辅助下，用去离子水和无水乙醇或丙酮洗涤钴纳米线；⑤真空下50°C左右干燥收集，或在冷冻干燥机中冻干收集。获得平均长度为80 μ m,平均直径为980nm，长径比为81的钴纳米线。实施例2 1、反应前驱溶液的制备以水和乙醇的混合溶液按下列比例配制溶液Co (CH3COO) 20. 01mol/LNaOH0. 75mol/L向配好的溶液中按体积比1 0.3加入85% (w/w)的水合胼的水溶液，室温下搅 拌反应，反应时间10分钟；2、钴纳米线的制备①将按上述方法制备好的反应前驱溶液置于0. 52T的外加均勻磁场中；②加热至90°C;③反应60分钟直至反应完毕；④在永磁体辅助下，用去离子水和无水乙醇或丙酮洗涤钴纳米线；⑤真空下50°C左右干燥收集，或在冷冻干燥机中冻干收集。获得平均长度为44 μ m,平均直径为2405nm，长径比为18的钴纳米线。实施例3 1、反应前驱溶液的制备以乙二醇溶液按下列比例配制溶液Co (NO3) 20. 01mol/LNaOH0. 8mol/L向配好的溶液中按体积比1 0.4加入85% (w/w)的水合胼的水溶液，室温下搅 拌反应，反应时间7分钟；2、钴纳米线的制备①将按上述方法制备好的反应前驱溶液置于0. 4T的外加均勻磁场中；②加热至60°C;③反应15分钟直至反应完毕；④在永磁体辅助下，用去离子水和无水乙醇或丙酮洗涤钴纳米线；⑤真空下50°C左右干燥收集，或在冷冻干燥机中冻干收集。获得平均长度为15 μ m，平均直径为1534nm，长径比为10的钴纳米线。实施例4 1、反应前驱溶液的制备以乙二醇溶液按下列比例配制溶液CoSO40. 06mol/LNaOH0. 5mol/L向配好的溶液中按体积比1 0.2加入85% (w/w)的水合胼的水溶液，室温下搅 拌反应，反应本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无模板实现金属钴米线制备的方法，其特征在于，利用磁场的诱导作用，以乙二醇或水和乙醇的混合溶液为溶剂，以二价钴盐为主盐，以氢氧化钠调节溶液ｐＨ值，以水合肼为还原剂，在外加磁场的诱导下使钴离子还原生长成一维钴纳米线。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张亚非，张丽英，蓝天旻，王剑，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：31